Typer av rörgängor och beteckningar

Publicerat med tillstånd av Colder Products Company

Översikt

Olika typer av skruvgängor har utvecklats för fastsättningar och för hydrauliska system. Speciell uppmärksamhet har ägnats åt sammanfogningar med plast-mot-metall samt konformade/parallellt gängade sammanfogningar i hydrauliska kretsar. En genomgång och rekommendationer tillhandahålls för att skapa medvetenhet om olika typer av gängor och hur de används.

Förändringar över tid

Under artonhundratalet uppkom behov av många olika typer av skruvgängor för hydrauliska och pneumatiska kretsar samt för fästanordningar. Som ett resultat började tillverkare utforma olika egna fästsystem. Detta ledde till kompatibilitetsproblem. Den engelske maskiningenjören och uppfinnaren sir Joseph Whitworth utformade ett enhetligt gängsystem år 1841 för att motverka problem med inkompatibla produkter. Whitworths gängformat är baserat på en 55-gradig gängvinkel med rundade gängbottnar och -spetsar.

I Amerika fastställde William Sellers den standard för muttrar, bultar och skruvar som blev systemet National Pipe Tapered Thread (NPT) år 1864. Sellers 60-gradiga gängvinkel, som var allmänt förekommande hos tidiga amerikanska klockmakare, banade vägen för den amerikanska industriella revolutionen. Dessa gängformat blev senare den amerikanska nationella standarden.

Whitworths gängformat valdes för att ansluta rör med gängor, och de gjordes självtätande genom att skära minst en av gängorna med en konform. Detta blev känt som British Standard Pipe-gängan (BSP-konformad eller BSP-parallell gänga). Whitworths gänga används idag internationellt som standard för att sammanfoga rör av mjukt stål.

Den mest kända och mest använda kopplingen där rörgängor ger både den mekaniska fogen och den hydrauliska tätningen är American National Pipe Tapered-gängan eller NPT-gängan. NPT har en konformad han- och hongänga som tätas med PTFE-tejp eller fogmassa.

Rörgängor som används i hydrauliska kretsar kan delas in i två typer:

• a) Foggängor – är rörgängor för fogar som görs täta genom att täta på gängorna, och gängorna är konformade utvändigt och parallella eller konformade invändigt. Tätningseffekten förbättras med hjälp av fogmassa.
• b) Fästgängor – är rörgängor där trycktäta fogar inte görs på gängorna. Båda gängorna är parallella och tätningen avgörs av kompressionen av ett mjukt material på den utvändiga gängan eller en platt packning.

Storlekar

Rörgängstorlekar är baserade på innerdiametern (ID) eller flödesstorleken. T.ex. beskriver beteckningen ”1/2–14 NPT” en rörgänga med en nominell innerdiameter på 1/2 tum och 14 gängor på en tum, i enlighet med NPT-standarden. Om ”LH” läggs till är röret vänstergängat. De vanligaste globala rörgängsformaten är:

NPT	American Standard Pipe Taper Thread
NPSC	American Standard Straight Coupling Pipe Thread
NPTR	American Standard Taper Railing Pipe Thread
NPSM	American Standard Straight Mechanical Pipe Thread
NPSL	American Standard Straight Locknut Pipe Thread
NPTF	American Standard Pipe Thread Tapered (Dryseal)
BSPP	British Standard Pipe Thread Parallel
BSPT	British Standard Pipe Thread Tapered

Formsprutade gärngformat av plast tillverkas enligt ANSI B2.1- och SAE J476-standarder.

Ordet ”konformad” i flera av ovanstående namn syftar på den stora skillnad som finns mellan vissa rörgängor och de gängor som finns på bultar och skruvar. Många rörgängor ska inte bara skapa en mekanisk fog utan också en läcksäker hydraulisk förslutning. Det görs genom den konformade gängformen på hangängan som matchar gängformen på den konformade hongängan samt användning av rörtätning för att fylla ut eventuella tomrum mellan de två gängorna som skulle kunna orsaka ett spiralläckage. Gängornas bottnar sitter inte på en cylinder utan på en kon: de är konformade. Konformen är 1/16 tum på en tum, som är samma sak som 3/4 tum på en fot.

På grund av dess koniska form kan en rörgänga endast skruvas på en slangkoppling ett visst avstånd innan den sitter fast. Standarden specificerar detta avstånd som längden på handåtdragen förbindelse, avståndet som rörgängan kan skruvas in för hand. Den specificerar också ett annat avstånd – den effektiva gängan, det är längden på gängan som gör tätningen på en konventionell maskinbearbetad rörgänga. För hantverkare är det mer bekvämt att istället för dessa avstånd veta hur många varv som ska dras åt för hand och hur många varv med en skiftnyckel. En enkel tumregel vid montering av konformade rörgängor, både av metall och plast, är att dra åt dem för hand plus ett eller två varv med en skiftnyckel. Installationsvärden för vridmomentet kan fastställas för varje tillämpning, men på grund av variationer i rörfogarna som är följden av olika material i han- och hongängor, typen av tätningsmedel som används och invändiga variationer i produktens väggtjocklek, kan inte en generaliserad standard tillämpas för vridmomentsspecifikationen.

Denna tabell visar avstånden och det antal varv som krävs enligt standarden. En tolerans på plus eller minus ett varv tillåts och i praktiken skärs ofta gängor rutinmässigt kortare än vad som anges i standarden. Alla dimensioner är i tum.

American Standard Taper Pipe External Thread

Nominell storlek	Faktisk ytterdiameter	Gängor per tum	Längd på förbindelse (åtdragen för hand)	Längd på effektiv gänga
1/8	0,407	27	0,124 ≈ 3,3 varv	0,260
1/4	0,546	18	0,172 ≈ 3,1 varv	0,401
3/8	0,681	18	0,184 ≈ 3,3 varv	0,408
1/2	0,850	14	0,248 ≈ 3,4 varv	0,534
3/4	1,060	14	0,267 ≈ 3,7 varv	0,546
1	1,327	11,5	0,313 ≈ 3,6 varv	0,682

Konformade/parallellt gängade fogar

Trots standarderna som har skapats för att upprätthålla enhetliga slangkopplingar, är konformade rörgängor inexakta och under tiden som de används och repareras kan de skadas och bli benägna att läcka. I området där gängans botten och spets möts kan en spiralformad läckageväg bildas som inte kan elimineras oavsett mängden tätning som används.

En trycktät fog uppnås av sammanpressningen av gängorna som följer efter åtdragningen. Denna sammanpressning och tätning uppstår under några få första varv av den invändiga gängan. När vridning äger rum ändras formen på både han- och hongängorna av belastningen och de deformeras in i varandra. Detta säkerställer fullständig kontakt mellan gängorna och minimerar i sin tur spiralläckage. Variationer mellan formen på formsprutade plastgängor och maskinbearbetade metallgängor kan uppstå på grund av olika tillverkningsprocesser.

Rörgängor utformades ursprungligen som maskinbearbetade gängformat. Genom användning av termoplaster och formsprutning med plast i tillverkningen av rörgängor i plastformat, gör formkrympning och plasthoar det svårt att garantera läckfria fogar. Av den anledningen rekommenderas användning av en PTFE-baserad tätning på alla plaströrsgängor. Den vanligaste formen av tätning är 2 till 3 varv av PTFE-tejp runt hangängan före hopsättning. Flytande PTFE-baserad tätning används också framgångsrikt för att säkerställa en trycktät försegling. Det är alltid viktigt att vara omsorgsfull vid appliceringen av tätning för att undvika att tätningsmaterialet förs in i systemets vätskebana.

Följande avsnitt visar exempel på hur olika gängor används och problem som kan uppstå när en läckfri anslutning ska skapas.

När en brittisk hangänga med konform BSPT dras åt i en brittisk rak hongänga (BSPP) kan tätningen endast göras vid basen av honporten med 1 eller 2 gängor. Se figur 1. Tätningen riskeras av bristen på kontroll över gängformat i BSP-specifikationer. Variationer i gängspetsar och gängbottnar kan orsaka en bristande överensstämmelse i gängan och skapa ett spiralläckage. Gängtätningsmedel krävs för att täta denna kombination.

Genom att använda både BSPT-hangänga och BSPT-hongänga med konform finns det en större chans till tätning eftersom du då matchar den koniska formen på han- och hongängan. Se figur 2. Detta ger fler gängor en chans att tätas mot spiralläckage. Gängspets- och gängbottenkontroll saknas fortfarande, men med gängtätning kan en trycktät fog vara lättare att åstadkomma.

Ett antal variationer av NPT-gängan har introducerats för att överkomma problemet med spiralläckage och de är kända som Dryseal-gängor (se SAE-standard J476). Den mest kända är NPTF (F står för Fuel som betyder bränsle). Med den här gängkonstruktionen, ges kontroll över gängspetsarna och gängbottnarna på både han- och hongängan för att säkerställa att gängspetsen krossar eller förskjuter material in i gängbottnen på den parande gängan. Greppassningen mellan gängspetsen på den ena gängan och gängbottnen på den andra, tillsammans med matchande gängflankar, tätar mot spiralläckage.

En variant av Dryseal-gängan är NPSF (National Pipe Straight Fuel). Den används för invändiga gängor och en utvändig NPTF-gänga kan skruvas in i den för att tillhandahålla en tillfredsställande mekanisk anslutning och en hydraulisk tätning. Kombinationen av en parallell gänga och en konformad gänga anses inte vara idealisk men den används i stor utsträckning. I högkvalitativa snabbkopplingar av plast används vanligtvis NPT-gängor.

En annan konformad gänga är konisk British Standard Pipe-gänga eller BSP-gänga, som omfattas av British Standard 21. BSP-gängan används ofta för ledningsdragningar med lågt tryck, men rekommenderas inte för hydrauliska medel- och högtryckssystem. I det formatet används Whitworth-gängan med en vinkel på 55-grader och en 1:16 konisk gänga. Den är inte utbytbar med den amerikanska NPT-gängan, även om de i storlekarna 1/2" och 3/4" båda har 14 gängor per tum.

Problem uppstår när gängformatet som en NPT-hangänga har gängas på det raka gängformatet på en BSP-hongänga. Storlekarna 1/16", 1/8", 1/4" och 3/8" har olika gängavstånd, som orsakar en felinriktning av gängorna. Gängornas flänsvinklar är också annorlunda mellan NPT och BSP. NPT har en gänga på 60° medan BSP har en gänga på 55°.

Storlekarna 1/2" och 3/4" i NPT-systemet och BSP-systemet är alla 14 gängor per tum och NPT kommer att förbindas med BSP ganska bra.

Även om dessa gängor har samma gängavstånd och kommer att förbindas ganska bra finns det fortfarande problem med gängformen. Eftersom gängvinklarna och toleranserna för gängspets och gängbotten är olika kan det leda till spiralläckage så som visas i figur 7. Dessa gängor kanske kan användas effektivt tillsammans om ett lämpligt gängtätningsmedel innefattas.

Många problem uppstår när snabbkopplingar av plast med sina formsprutade rörgängor i plast ansluts till metallrör i hydrauliska system . Läckage och felaktiga plastgängsformer kan uppstå om försiktighet inte vidtas. När en felaktig fog mellan ett metallrör och ett plaströr undersöks är det viktigt att tänka på två faktorer: kemiskt angrepp och för hård åtdragning.

Kemiska angrepp kan uppstå när felaktiga gängtätningar används. Gängtätning är ett försök att blockera banan för spiralläckaget som uppstår när gängspetsarna och gängbottnarna inte överensstämmer. Anarobiska gängtätningsmedel ska undvikas när plastgängor tätas. Tätningsmedlen innehåller kemikalier som kan angripa plasten. Använda PTFE-baserat tätningsmedel avsett för plaströrgängor är ett bättre val för plastgängor.

Om plaströrgängor dras åt för mycket innebär det negativa effekter på fogens funktion. Den största skillnaden mellan plast och metall är polymernas beteende. Formsprutade plastdelar fortsätter att deformeras om de hålls under en konstant belastning, t.ex. genom krypning. Krypning är den fortsatta utökningen eller deformeringen av plastdelar under kontinuerlig belastning. Det är vanligt att plastmaterialet i en formsprutad plastgänga drabbas av krypning efter att ha dragits åt för hårt i en konformad hon-öppning. Deformeringen av delens invändiga egenskaper kan leda till komponentfel.

Standardformat av rörgängor producerade av Colder Products Company

NPT (National Pipe Taper)-storlekar:	BSPT (British Standard Pipe Taper)-storlekar:
1/16 – 27 NPT
1/8 – 27 NPT	1/8 – 28 BSPT
1/4 – 18 NPT	1/4 – 19 BSPT
3/8 – 18 NPT	3/8 – 19 BSPT
1/2 – 14 NPT	1/2 – 14 BSPT
3/4 – 14 NPT	3/4 – 14 BSPT
1 – 11 1/2 NPT